水土保持监测复习题Word文档格式.docx

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公式为：

式中：

—流域平均次雨量（mm）；

—流域所设点雨量的校正次雨量（mm）；

n—流域布设的点雨量数。

（2）面积加权法：

若流域雨量点较稀、分布不均，或地形起伏大，则用面积加权法计算平均次雨量。

各雨量点面积的确定多用泰森多边形法，也有用雨量等值线法。

图2-3泰森多边形法求点雨量代表面积

泰森多边形法是将布设的雨量点依据紧邻关系连成多个三角形，如图2-3示（虚线）；

从周边雨量点起作三角形每个边的中垂线，即图中细实线；

再延长连接流域中部雨量点周围各线的中垂线，形成围绕雨量点的多边形（含流域边界线），这些多边形所包围的面积即为被围雨量点的面积。

面积量测：

先分别量算各雨量点的面积并求和，再与总面积相比，将差值按各点面积大小平均分配到各个多边形中（称平差），得出真实面积并求出占总面积的份数，即面积权数

，用下式计算流域平均雨量：

—各点雨量（mm）；

—各点雨量的面积权数；

（

为该雨量点覆盖面积，F为流域总面积）。

5.侵蚀小区规划布设原则与基本要求

在治理小流域内必须设置一组标准小区，采用全国一致的标准小区。

标准小区面积为5×

20m2，坡度为10°

（或15°

），地面采用裸露休闲均整的直线坡、人工锄草和长期不施肥处理。

小区观测属1：

1比例尺的真实观测，因而必须保持自然原始状态，尽量减少人为对地形尤其对别层次的干扰破坏。

侵蚀小区各处理必须设置重复（最少需1个）构成一组处理，各处理在径流场内的排列多为对比随机排列，若条件允许也可作对比顺序排列，标准小区组也排列其中。

小区观测应从每年第一次降雨产生侵蚀开始，到最后一次侵蚀降雨结束。

因而要保持观测期小区处理的一致性。

小区修建及设施：

为提高测验精度，坡面侵蚀观测的径流小区布设成宽5m、长20m（水平距）的长方形，且顺坡向为长边；

重复小区紧邻，中间被隔板分开。

布设形式如图2-4所示。

图2-4径流小区平面布置图

每组小区设置宽不小于2m的保护带，保护带的处理与小区相同。

用三角形小土埂或混凝土板（中间为隔板）把小区与保护带（或小区）分开。

混凝土板与隔板高不小于40cm，厚约5cm，埋深不少于20cm。

小区顶部应有排洪渠（亦称截水沟），以防止上部坡面径流流入小区。

底部设集流槽，将径流泥沙导入集流池或集流桶。

集流槽上缘为一水平面，宽不超过5~10cm，集流槽下沿为挡土墙，槽体中部为倾斜的陡槽，将径流泥沙导人集流口，并通过安装在墙体内的集流管，将径流泥沙收集在集流池（桶）中。

集流槽多用混凝土或砖砌砂浆模面做成，表面均整光滑，以减少沉积。

6.分水箱分水系数试验

分水箱的结构变化是为出流均匀服务的，但实践证明中孔出流量小，边孔出流量大。

有试验采用上述分水箱，最大误差1.84％，且清水误差小浑水误差大。

若改变结构尺寸，需要厘订分水系数。

表2-2分水系数试验记录表

试验流量（dm3／s）

边孔出流量（dm3）

中孔出流（dm3）

总出流量（dm3）

分水系数a

分水系数最大误差

最大误差（%）

含沙量（kg/m3）

0.117

228.77

27.93

256.70

9.191

0.171

1.84

3.3

0.333

192.59

22.76

215.35

9.462

0.164

1.76

4.7

0.800

196.03

23.68

219.71

9.278

0.035

0.38

5.9

1.100

193.73

23.45

217.18

9.261

0.074

0.80

5.3

平均

9.298

1.195

表中：

总出流量=边孔出流量+中孔出流量

分水系数a=总出流量／中孔出流量

分水系数最大误差是从该流量多次试验中的最大a（或最小a）与平均a值之差；

最大误差百分数是分水系数最大误差与多次试验求得的平均分水系数a之比的百分值。

一般分水系数最大误差应控制在1％上下，并在实地安装后，再进行测试，以避免风雨、人、畜影响变化。

7.泥沙观测与计算

泥沙观测分泥沙取样及处理两个步骤，其中取（采）样十分重要。

①采样：

在取样前，首先应将集流槽中沉积的泥沙，收集或扫入（或用定量水冲入）集流池中，记录下一次径流的泥水总量；

用取样瓶取分流桶上层含沙量较小的浑水样一瓶（约3000ml），作为上层浑水样。

然后用虹吸方法将桶内出现浊水。

分流桶内浊水取完后，将分流桶底部所剩泥沙取出称重。

并用取样盒取样品测量含水量。

②样品处理：

将采集样注入铝制样品盒（盒需编号）后立即称重（G1）或量积（V1），以免因气温高蒸发损失；

后静置24小时，再过滤出泥沙（通常慢慢倒出清水）；

再将盛泥沙盒放入烘箱，在110℃温度下烘干至恒重（约需6-8小时），取出放至常温称重（G：

）。

③计算：

经过以上收集和处理，取得基本观测资料后，就可计算：

a.样品泥沙量G泥及含沙量

；

G泥=G2-G盒

=G泥／V1

G盒-为盛该样盒重（g），通常在盒上标出；

G2、V1-分别为烘干泥加盒重和泥水样体积。

b.一次产流的泥沙总量G泥总及平均含沙量

若采用集流池或五分水箱集流桶集流，因等距采样和重复采样，则求其平均含沙量后再求泥沙总量式为：

n--测次或重复样次；

V浑总--集流池浑水总体积（m3）。

若采用集流桶加分水箱收集径流泥沙，测在求得各集流桶、分水箱的含沙量后，以下式计算总泥沙量：

c.径流量及径流、侵蚀模数

前述得出泥沙总重量，还需换算成体积，才能在浑水体积中扣除，得到径流总体积。

计算总泥沙体积

式中：

-泥沙容重；

G泥总--泥沙总重量。

通常一个地区的径流场设置后，土壤类型及其物理性质不再变化，可以预先求出

泥，有的以土壤容重代替（因主要流失的是表层土壤），一般取值为1.2-1.35g／cm3。

计算总径流量V水总=V浑总-V泥总

计算相同处理一组小区的平均产沙量和径流量。

计算时要注意单位统一。

有了平均径流总体积（m3）和平均泥沙总重量（kg），不难求出各处理径流模数和侵蚀（泥沙）模数：

MW=V水总×

10000（m3/km2）MS=G泥总×

10000（kg/km2或t/km2）

将一年中各次产流和侵蚀的模数相加，即得本年某一小区的径流模数（m3／km2﹒y）和侵蚀模数（t/km2﹒y）经过多年观测得出平均径流模数（m3/km2﹒a）和平均侵蚀模数（t/km2﹒a）。

8.不同类型的量水建筑物适用范围？

①.巴塞尔量水槽

巴塞尔量水槽最适于含沙大的河道，测流范围最小为0.006m3／s，最大达90m3／s。

它一般用砌砖砂浆护面和钢筋砼作成，如图2-8。

②.薄壁量水堰

水力学中将堰顶厚度δ<

0.67H（H为堰上水头）时的测流堰称为薄壁堰。

此种情况堰顶厚度变化不影响水舌形状，从而不影响过堰流量，常被水保中应用。

薄壁堰的测流范围在0.0001-1.0m3／s之间，测流精度高。

由于堰前淤积，适应于含沙量小的小河沟上。

量水堰由溢流堰板、堰前引水渠及护底等组成。

按出口形状分为三角形、矩形、梯形等。

水土保持测流中多用三角形堰（项角90°

）和矩形堰，是用3~5mm厚金属板作成，并将切口锉成锐缘（锉下游），安装到有护底的河段中，这两种堰最好选在比降大的沟道中。

（1）矩形堰

流量计算式（自由流）：

b—堰顶宽（m）；

g—重力加速度，g=9.8lm/s2；

H—堰上水头，即水深（m）；

mo—流量系数，由公式算出或试验得出。

适用条件：

H/P<

2.5H>

0.03mb>

0.15mP>

0.1m

淹没出流，即下游水位超过了堰顶并出现淹没水跃，流量计算复杂，应尽量避免。

（2）三角形堰:

三角堰的堰槛高及堰肩宽应大于最大过堰水深，矩形堰的最大过堰水深应小于堰槛高，否则会出现淹没流（下游水位高于堰口）；

（3）三角形剖面堰

对于洪峰流量大的小流域（超过100m3/s），尤其我国南方面积较大的小流域，上述量水建筑物已不能满足，需要采用其它方式。

除了各地已有测流精度高普遍实用的测流堰外，这里推荐国际上常用的三角形剖面堰。

该剖面堰纵剖面为三角形，横断面为矩形，其结构示意图（见图2-12）。

堰由引水渠、测流建筑物和下游渠道三部分组成。

三角形剖面其上游坡降为1：

2，下游坡降为1：

5，一般用砌砖或混凝土建成。

它的测流范围大，在0.1-630m2/s之间，堰不淤积，适用含沙量大、流量变化大的沟道。

③.三角形量水槽

在以上量水堰无法应用的较小沟道中，洪水流量不大的情况下，可用该量水槽。

它由西峰站试用成功。

使用结果表明，该量水槽适于高含沙、比降大的小流域，不产生淤积，低水头亦可观测，缺点是水面波动大，虽改进用观测井观测水位，但有水头损失，因而误差大。

据实测洪水计算误差大到20％，因而还需用其它方法校正。

9.径流站水位观测损失水头值

Sh--水头损失值（m）w--连接管道及配件水头损失系数，若无配件

Aw--竖井横断面面积（m2）；

Ap--廊道（进水管）横断面面积（m2）；

f-Darcy-weibach摩阻系数；

--河流水位的涨落率（m/s）；

L、D--分别为廊道的长度（m）和直径（m）。

由计算值，分别给观测值以校正，得出各时段水位值。

10.水位计算

计算流量前要计算日平均水位，或洪水平均水位。

方法：

（1）算术平均法：

一日内水位变化缓慢，或水位变化虽大，但均为等时距观测（如2、4小时测一次），可采用算术平均法算出。

该法多用在常水期测流，若在洪水期，也可分时段结合以下方法应用。

（2）面积包围法：

洪水变化大，且不等时距，用此法。

即将当日（或当次）水位过程线所包之面积，除以24小时（或洪水历时）求得。

现以日平均水位计算为例说明。

从0时到24时，各不同时距△t1、△t2、△t3……△tn（小时）之间，观测Go、G1、G2、…Gn等水位值，则日平均水位石计算式为：

（3）水位资料插补

因各种原因缺测、漏测水位，或错测水位，均应进行插补或改正。

方法是：

直线插补法：

对缺测期水位变化平缓，或变化虽大但有一致的上涨或下落趋势，可用下式作插补计算：

△G—每日插补的差值（m）；

G1、G2—缺测前一日和后一日的水位（m）；

n—缺测的天数。

11.径流站泥沙观测与计算

泥沙观测是要求出水流中挟带多少泥沙，以反映流域土壤侵蚀强度。

由于河沟中泥沙颗粒大小不一，运动方式有悬浮运动和沿沟床滑动、滚动的泥沙，前者称悬移质，后者称推移质。

㈠．悬移质观测与计算

悬移质泥沙在测流断面上的分布，表层量少，接近底层较大，在横向上较均一。

因此，一般在断面中心垂直测线上用三点法（即0.2h、0.6h、0.8h）或二点法（0.2h、0.8h）取样，悬移质采样次数，在一个洪水过程中应不少于10次；

若遇特大洪水应加密测次，通常是在观测水位时同样采样。

洪峰前后均需取样，落平后须再取1次。

要能控制沙峰、沙量的变化过程。

取样不少于1000cm3。

对较小河沟，洪水一般不超过十多个秒立方，可用一点法。

即在主流线上的半深处取样。

洪水较大，测深取样垂线应加密。

水文测站常用横式采样器，按水流方向顺流向下取扰动小的水样，水土保持径流站配有采样筒，可以在测线上均匀采集，混合后取样。

取样后将水样静置、过滤，烘干称重，计算出含沙量。

㈡．推移质测验

推移质测验人们多用沉沙池法。

沉沙池法是在量水建筑物后建一沉沙池，收集推移质的方法。

设进口悬砂输沙量D1，通过建筑物悬沙输沙量D2，沉沙池淤积量D3，全沙量为D，推移质为D4，则它们之间关系为：

D4=D2+D3 

D4=D-D1 

另外，利用建筑物下游水库的淤积量减去悬沙输沙量也可得到推移质。

12.土壤可蚀性测定----------K因子值得逆求法

是根据通用土壤流失方程，在测定出某小区土壤的平均流失量，以及除K因子外的其他各侵蚀因子值后，反推出K因子值的方法。

由于USLE中A=R·

LS·

K·

C·

P中除K外，还有4个因子值，为了简便就要对试验区处理加以限制。

C为植被覆盖因子，当地面为完全裸露时，C=1；

另外坡面不设任何耕作措施时，此时P=1，这时方程简化为A=R·

K。

式中R为降雨侵蚀力，单位是英尺·

吨/英亩，LS为地形因子，由下式算出：

LS=（λ/22.1）0.3（а/5.16）1.3λ为坡长（m），а为坡度（°

）

则K=R/（R·

LS）

13.土壤抗冲性----------静水崩解法。

取5×

5×

5cm3原状土体置于木板上，后放在静水中测定其崩解速度，即冲失的土重和时间，用崩解速度冲失率（%）和时间长短来说明其抗冲性强弱。

冲失率越小，所需时间越长，抗冲性越好；

冲失率愈大，所需时间愈短，则抗冲性差。

14.测定水稳性指数K的方法

测定水稳性指数K的方法如下：

将待测土样风干后筛分，选取直径0.7～1mm的土粒50颗以上，均匀放在孔径为0.5mm的金属网上，然后置于静水中进行观测。

以1分钟时间间隔分别记下分散的土粒数量，连续观测10分钟，其分散土粒的总和即为10分钟内完全分散的土粒数。

由于土粒分散的时间不同，水稳性也不同。

为鉴定其水稳性程度，需要给予时间校正，在10分钟内没有分散的土粒水稳性系数为100%。

分散系数（％）＝

结构系数（％）＝100％－分散系数（％）

结构体破坏率（％）＝

为第i级的平均直径（mm），Wi为第i级的土壤重量（g），WT为供试土壤的总重量（g），W0.25为0.25mm水稳性团粒重量（g）。

15.泥石流体及容重测定

泥石流取样集中在形成区和堆积区。

选择较为典型的点，去掉表层风化层，裸露新鲜面，兼顾颗粒大小组成，取样约5kg左右，所取样品装入样品袋，注明取样地点、采样日期及采取人员。

泥石流体容重是指单位泥石流体积重量。

目前泥石流容重测定方法是将取得的样品装在特制的量筒内称重，并按下式计算容重γc

公式：

γc=（w1-w2）/h*s

w1-流体和量筒总重（g）w2-量筒重（g）

h-流体在量筒内的高度（cm）s-量筒的横截面（cm2）

16.风沙活动的动力指标测定

风沙活动的动力条件—沙粒启动需要的风速。

1954年，拜格诺提出起沙风临界风速的计算式，表达出风速在垂直方向上呈对数分布。

式为：

Vz＝5.75V*log

Vz—高度在Z（m）上的风速V*--摩阻流速，当取冲击启动时为19.2cm/s。

Z0—地面粗糙度（cm），我国为0.0047-0.0131cm。

计算和实测表明，Z=2m处的起沙风速为5m/s或4.5m/s。

但现有的气象台站记录风速均为8m高处风速（有的为10m），无法将它用来说明。

对单一台站来说，可以用同时观测2m风速和8m风速对比求出两者的比值（或拟合方程）加以解决，对于大面积的不同高度来讲，这种拟合难以进行，可用近地面风速的廓线理论方法去订正。

由上式得：

Vz＝V2+5.75V*log

令V2=5m/s，V*=19.2cm/s，代入，得到：

Vz＝5+1.104log

由于高度Z相差不大，计算中省略了温度层结影响。

这样可以求出任何高度Z处的起沙临界风速。

如果把8m高风速当作临界风速，会造成一定的误差。

17.风沙运动路径模式与其地貌特征

分析我国的风沙运动路径有以下三种模式：

Ⅰ直进式—风沙运动方向各月基本一致，同全年总方向一致。

Ⅱ摆动式—风沙运动方向年中有些月份通全年不一致，有较大偏角（＞30°

Ⅲ盘旋式—风沙运动方向各月较少一致，甚至相反，同全年的偏角几乎都很大（＞45°

这三种模式决定了沙漠地貌和沙化蔓延的速度。

在Ⅰ式区，草地退化出现风蚀坑与沙滩相伴；

在沙漠戈壁上出现沙条、沙堆、新月形沙丘，风速大时，沙丘年移动10m以上；

在Ⅱ式区，常见沙丘链，条条平行并与优势风沙方向垂直，移动5-10m/a，

在Ⅲ式区，则以体积大、密度大的金字塔沙山，复合形沙山为主，移动常在5m/a以上。

18.风沙运动的稳定度（S）

风沙运动的稳定度（S），是指风沙运动速度V同活动强度∑v的比值，以“%”表示，表示出风沙对沙漠发展与沙化扩大的作用程度。

以下式表示：

S=︱V︱/∑v

①当S→100%，表示风沙活动的强度绝大部分转变为风沙运动的速度，显示优势风沙起绝对作用而且风向组合单一，流沙的定向蔓延稳定迅速，下风方向风沙危害严重。

②当S→0，则表示风沙活动强度很少转变为风沙运动，在这稳定度小的地方，沙漠与沙地为四下扩张。

19.风沙流强度测定

风沙流强度是度量风蚀过程强度的指标，通用单位为g/cm·

min，它用风速仪和集沙仪相配合测定，需同步进行。

风速测定是指距地表2m高处的风速，可由手持风速仪测出。

集沙仪是拜格诺设计并首先使用的，后来经兹纳门斯基改进而普遍使用。

该仪器为一扁平金属盒，盒内安装着按每10cm高度分成10格，并作45°

倾斜排列的长方形细管，细管口径为1×

1cm2，各细管尾部有一橡皮管分别连接10个小铝盒或小布袋，以收集沙粒。

测定时，将集沙仪置于地面，并使第一个管口下缘面与地面紧贴，管口面向气流方向。

当风沙流发生时，不同高度的沙粒进入细管，顺斜坡收集到小铝盒，而气流则从旁边的小孔逸出。

风蚀停止后，称量盒内沙粒重，即可得到在该风速下，不同高度单位体积（风速×

孔面积）气流的含沙量和总沙量。

20.风蚀模数测定--------------测钎法

风蚀模数是对风蚀过程及过的度量指标，它能明确指出某地某时段的风蚀强度，经常被采用。

测定风蚀模数现多用测钎法和现地直接测量法。

测钎法是在风蚀（风积）区，选择有代表性的典型地段，如风蚀洼地、风蚀坑等，沿主风方向（一组或多组），每隔一定距离（1m或2m）布设一测钎（风积区测钎应套一小环），每次风吹前后，观测一次测钎出露高度，直到一个完整的风季结束。

配合风速观测，可以算出每次风或一年的风蚀模数。

风蚀体积=h*11㎡风蚀重量：

W=V*γ在转为1k㎡风蚀重量

21.风沙流结构特征值λ

调查研究发现：

①1-2cm收集沙量占整个沙量的20%

②0-10cm收集的沙量占整个沙量的40%

③2-10cm收集的沙量占整个沙量的40%

λ=Q2-10cm/Q0-1cm

①λ=1既不风蚀，也不风积

②λ>

1，风蚀区

③λ<

1，风积区

22.GPS定位的基本原理

GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。

如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：

上述四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中di=c△ti（i=1、2、3、4），di（i=1、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

△ti（i=1、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

c为GPS信号的传播速度（即光速）。

四个方程式中各个参数意义如下：

x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。

xi、yi、zi（i=1、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。

Vti（i=1、2、3、4）分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。

Vto为接收机的钟差。

由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vto

23.开发建设项目水土保持监测

一、小区观测适用范围

除砾岩堆积物外，小区观测适用于各种类型的开发建设项目，主要应用于水土流失量监测。

但因项目区的气候条件、建设和生产特点、设计工艺、施工工艺等的不同，观测的适用性和精确度存在一定的差异。

二、控制站观测适应范围

控制站（卡口站）适用于扰动破坏面积大、弃土弃渣集中在一定流域范围内的开发建设项目，而不适用于线型开发建设项目。

如采石场、采矿区、工矿企业等可采用此法；

而铁路、公路、输气管道等线型工程，由于跨越多个区域，不适用此方法。

三、简易水土流失观测场适用范围

此法适用于项目区内类型复杂、分散、暂不受干扰或干扰少的弃土弃渣流失的监测。

四、简易坡面测量适用范围

适用于暂不被开挖的自然坡面或堆积土坡面。

五、风蚀量监测适用范围

适用于风蚀区、水蚀风蚀交错区开发建设项目的风力侵蚀监测。

24.点面工程的监测对象

（1）弃土弃土（渣）场

施工过程中的弃土、弃渣必须按当地政府规定的有关地方性法律法规，倾倒到政府指定的地方，不得随意乱倒。

运输过程中也要有相应的防护措施，并且要持政府有关部门颁发的准运证。

水土保持监测重点关注以上两个方面：

即是否将弃土弃渣倒入